CN101243577B - 波导接头 - Google Patents
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Abstract
一种用于连接两个波导(102、104)的接头(100),所述两个波导(102、104)在它们的横截面的纵向对称轴之间具有第一角度偏移(α),所述接头(100)包括用于连接所述波导(102、104)的第一接口和第二接口。所述接头还包括至少第一变换器部分(106)和第二变换器部分(108),第一变换器部分(106)和第二变换器部分(108)都具有基本上矩形的横截面,并且在它们的横截面的纵向对称轴之间都具有所述第一角度偏移(α)。所述变换器部分(106、108)的每一个在其相对的壁上具有两个凸起的脊(202、204、206、208)。
Description
技术领域
本发明涉及连接呈现角度偏移的波导的波导接头。
背景技术
使用波导扭转接头(waveguide twist)来旋转场方向以匹配呈现角度偏移的两个波导。在现有技术已知的解决方案中,电场的矢量在中间波导部分中旋转,其中从输入到输出波导有适当的角度阶(angular step)。取决于角度增量,每个角度阶引起波的部分反射。在正确的设计中,应当在中心频率上消除这些部分反射;因此每一段的长度最好是在四分之一波导波长的量级上(或者其奇数倍)。总带宽取决于波导段的数量。
目前的波导扭转接头普遍是基于例如Wheeler,H.A.等人,“Step-twist waveguide components”,IRE Trans.Microwave TheoryTech.,vol.MTT-3,pp.44-52,Oct.1995中介绍的阶式扭转段。通过用目前的CNC铣削技术从凸缘面加工该结构,可以将该设计适当地实现在一个工件上。然而,这样的设计仅仅对于不超过两个变换器阶才是有可能的,对于可实现的性能(即,电压驻波比,VSWR和带宽)产生严重限制。部件的长度是由频带决定的,即,每个变换器阶的长度是工作频带的中心频率的波导波长的四分之一。现有技术的另一缺点源自这样的事实,即,该解决方案通常在凸缘互连(接口)处呈现角度偏移。因此当在密封(加压的)波导系统中使用该部件时,需要特别(即,非标准)的凸缘密封。
现有技术中公知的替代解决方案包括需要连接起来形成能完全工作的接头的两个部件。这些接头的两个部件的形式允许更复杂的加工,因此获得改善的性能,但是这些接头的制造复杂、昂贵且费时。如果使用两个(或更多)部件,则需要以适当的方式将它们组合,这增加了制造难度和费用。它们可以通过螺丝组装-然而如果该组件是用在加压的波导系统中,则这样的解决方案需要分离面中的额外密封装置。另一种方法可以是通过焊料焊接或铜焊来组合-然而,该解决方案需要小心选择基础(和表面)材料和总体构造来适应额外加工的要求。此外,由两个(或多个)部件实现组件,这产生额外的公差(例如,部件的装配),可能损害最优性能。
因此,最好能有一种改进的波导接头,特别是具有良好性能特性并且易于制造的波导接头。
发明内容
因此,本发明意图最好减轻、缓和或消除上面单独或任何组合中提到的一个或多个缺点。
根据本发明的第一方面,提供一种用于连接两个波导的接头,所述两个波导在它们的横截面的纵向对称轴之间具有第一角度偏移。所述接头包括用于连接所述波导的第一接口和第二接口,并且进一步包括至少第一变换器部分和第二变换器部分。这两个变换器部分都具有基本上矩形的横截面,并且在它们的横截面的纵向对称轴之间都具有所述第一角度偏移,其中,所述每一个变换器部分在其相对壁上具有两个凸起的脊。
最好,所述接头包括四个变换器部分,接头的每一侧上两个,其中,第三变换器部分没有角度偏移地连接到第一变换器部分,并且第四变换器部分没有角度偏移地连接到第二变换器部分,其中第三变换器部分中的脊和第四变换器部分中的脊之间的第二间隙小于第一变换器部分中的脊和第二变换器部分中的脊之间的第一间隙。
有利的是,对于基本上在从0°到60°的范围中的所述角度偏移,脊基本上位于变换器部分的壁的中心,并且有利的是,对于基本上在从60°到90°的范围中的所述角度偏移,脊在变换器部分的壁的相反方向上移动。
在从属权利要求中要求保护更多的本发明特征。
本发明有利地允许呈现角度偏移(从0°到90°)的波导互连,这提供紧凑的尺寸、容易由一块固体金属制造、并且在宽频带(高达标准波导的确定工作频带,典型地40%带宽)上的高性能特性(特别低的VSWR)。接头没有向连接的波导呈现角度偏移,因此不存在任何标准凸缘互连(例如在密封波导系统中)的问题。另外,所制造的部件的长度可以适合总体组装要求-不再取决于工作频带。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述,将会更充分理解和明白本发明,在附图中:
图1是示出根据本发明一个实施例的、连接两个波导的接头的示意图,
图2是示出根据本发明一个实施例的、图1所示的接头的变换器部分的角度偏移的变换器部分的截面图;
图3是示出根据本发明一个实施例的接头的四个变换器部分的示意图;
图4是根据本发明一个实施例的接头的变换器部分的截面图;
图5是示出根据本发明一个实施例的、具有波导扩展的接头的示意图;
图6是示出根据本发明一个实施例的、用于连接具有90°角度偏移的波导的接头。
具体实施方式
参照图1和图2,绘出用于连接两个波导的接头100。为了清楚起见,附图以非常示意性的方式描绘本发明,对于理解本发明没有本质作用的元件和线被省略。
图1和图2中绘出45°波导接头100(即,这些波导的横截面的纵向对称轴之间的第一角度偏移α是45°)的本发明原理。在替代实施例中,角度偏移α可以低于45°。第一矩形波导102通过第一接口连接到接头100的第一变换器部分106。第一变换器部分106具有与第一波导102相同的方向(即,没有角度偏移)。类似地,第二矩形波导104通过第二接口连接到接头100的第二变换器部分108,第二变换器部分108具有与第二波导104相同的方向。两个变换器部分106和108都具有基本上矩形的横截面,并且其横截面的纵向对称轴之间的所述第一角度偏移α都等于45°。变换器部分106和108的每一个分别在沿着各部分的长度方向上的相对宽壁的中心处具有两个脊202、204、206、208。因此,通过第一和第二变换器部分106、108各自的45°角度偏移α实现完全的45°偏移。脊202、204、206、208具有平顶。
在空的矩形波导中,基础波导模式(TE10-模式)的电场的矢量总是垂直于波导的宽度(宽的边)。这对于具有脊202、204、206、208的变换器部分106、108中基础模式的电场的主分量也同样成立。所发射的波的扭转(电场矢量的方向的改变)建立在处于该角度阶的脊202、204、206、208的电场集中之上。此外,在两侧的电场必须具有相同的场分量,以获得能量的适当耦合/传递。可以用针对超过45°的角度偏移的对称脊来获得这些先决条件。
应当注意,由于脊202、204、206、208造成的加载,变换器部分106、108的截止频率大大低于现有技术中公知的波导的截止频率。这一事实允许变换器部分106、108比现有技术中公知的解决方案明显缩短,即,根据本发明的接头占用更少的空间。然而,本发明还提供使接头长度适应特定要求的可能性,这有时候会有助于避免额外的波导硬件。这是通过下面方式获得的:由于变换器部分106、108具有与连接的波导102、104相同的方向,因此额外的任意波导502可以位于第一变换器部分106和第一接口之间。类似地,额外的波导部分可以位于第二变换器108与第二接口之间。
具有两个变换器部分106和108的所述结构适合具有高达25%的工作频带(VSWR例如<1.02)的设计。对于更大的带宽要求,必须考虑额外的变换器部分。图3和图4绘出具有四个变换器部分106、108、306、308的本发明实施例,它们中的两个在接口波导一侧级联,并且在另一侧其他两个变换器部分以45度对准。
在该替代实施例中,接头100包括四个变换器部分106、108、306、308,接头每一侧两个。第三变换器部分306连接到第一变换器部分106,其中第三和第一变换器部分具有相同的角度方向。第四变换器部分308连接到第二变换器部分108,并且第四和第二变换器部分具有相同的角度方向。第三和第四变换器部分具有位于沿着各部分的长度方向上的该变换器部分的相对宽壁的中心处的脊402、404和406、408。第三和第四变换器部分306、308中的脊402、404和406、408之间的第二间隙h2小于第一和第二变换器部分106、108中的脊202、204和206、208之间的第一间隙h1。这使得接头100的形状能由一个固体金属块容易地制造。脊202、204、206、208、402、404、406、408具有平顶。
通常,变换器部分106、108、306、308具有相同的横截面尺寸。通过内(即,第三和第四306、308)和外(即,第一和第二106、108)变换器部分的脊的不同尺寸而获得变换(扭转发射波的电矢量和磁矢量的方向)。第三和第四变换器部分306和308中脊之间的间隙通常比第一和第二变换器部分106和108中脊之间的间隙要小,这样保持了接头的有利制造特性。然而应当注意,在替代实施例中第三和第四变换器部分306、308不需要具有与第一和第二变换器部分106和108相同的总体横截面尺寸。在特殊设计中,可以使用较小的第三和第四部分306、308横截面,以便进一步改进性能,同时仍允许容易制造。
对于具有比两个变换器部分的解决方案更大的带宽比的解决方案,可应用具有四个变换器部分的解决方案。具有四个变换器部分的解决方案允许高达40%的工作带宽(VSWR例如<1.02),其中具有两个变换器部分的解决方案允许高达25%的工作带宽(VSWR例如<1.02)。
在本发明实施例中,其中所述第一角度偏移α基本上在从0°到60°的范围内,脊202、204、206、208、402、404、406、408基本上位于变换器部分106、108、306、308的壁的中心。
上面对于45°角度讨论的电场矢量的方向变换的一般原理也适用于高达90°的范围内的偏移角度。在90°量级的角度偏移的情况下,具有对称脊的结构也要集中电场,但场分量在两侧上几乎垂直,即,能量的耦合/传递将几乎不可能(在90°时不可能)。对于90°的情况,具有轴上垂直对准的变换器部分的对称横截面将引起全反射,因此不允许任何信号通过该接头结构传输,修改用于较小角度的结构,使得脊602、604、606、608不再位于波导宽壁的中心。其中一个脊向左移动,而另一个向右移动相同距离。移动脊来维持脊之间的电场的集中,并且通过在两侧适当的场畸变,在该角度偏移阶处实现相同的电场分量。结果,在本发明的替代实施例中,其中第一角度偏移α基本上在60°到90°的范围内,脊602、604、606、608在变换器部分106、108、306、308的壁的相反方向上移动,如图6所示。
参照图6,在具有大角度偏移(60°-90°;在图6所示的实施例中角度偏移α为90°)并且脊从中心位置移开的接头中,脊在共同正方窗口中的偏移位置是
o<(bmin-w)/2
其中:
bmin-最小波导部分的窄边的长度(最小是指当变换器部分具有不同尺寸的情况)
w-脊的宽度;
o-脊与中心之间的偏移,
并且术语“共同正方窗口”意思是,通过组件可见的横截面,该横截面由在该角度偏移处内变换器阶的重叠而确定。
各部分的长度在λi/8和λi/4之间,λi是在中心频率f0在第i部分中的基础模式的波导波长。
所述接头100的所有所述部分106、108、306、308具有相同的对称轴,并且各接口适配来以这样的方式连接波导102、104,即,波导102、104也具有与接头的各部分相同的对称轴。接头的各接口总是呈现与波导相同的方向,这便于实现标准封装装置,而后者对于例如在加压的波导系统中的应用是必要的。
在本发明的替代实施例中,具有例如3个变换器部分的接头也是可能的。在这种情况下,我们将有一个变换器部分具有与第一接口波导相同的角度对准,并且其余两个具有第二接口波导的角度对准。于是在变换器的具有一个部分的第一部件与具有两个部分的第二部件之间发生角度偏移。在该解决方案中,对于所有三个部分的脊之间的间隙是不同的(接头不再关于角度偏移的平面对称)。第一部分的设计将与图1所示的接头的一个部分一致,例如106,而两部分的部件设计将类似于图3的两部分的部件108、308。
接头最好在铣削过程中由一块金属制成。然而在本发明的构思内也可以使用另外的加工方法。原则上,组件可以由铝或甚至由金属化塑料容易地制造成压铸件。在铣削的情况下,接头在角处具有一些半径。然而,完全的矩形也是可以的,这可以例如通过用铝或镀银塑料压铸而成为适合于高质量产品的解决方案。
Claims (10)
1.一种用于连接两个波导(102、104)的接头(100),所述两个波导(102、104)在它们的横截面的纵向对称轴之间具有第一角度偏移(α),所述接头(100)包括用于连接所述波导(102、104)的第一接口和第二接口,并且进一步包括至少第一变换器部分(106)和第二变换器部分(108),第一变换器部分(106)和第二变换器部分(108)都具有基本上呈矩形的横截面,并且在所述第一变换器部分(106)的横截面的纵向对称轴和所述第二变换器部分(108)的横截面的纵向对称轴之间还形成所述第一角度偏移(α),其中,所述变换器部分(106、108)中的每一个在其相对的壁上具有两个凸起的脊(202、204、206、208),并且
其中,所述的接头(100),还包括第三变换器部分(306)和第四变换器部分(308),并且各位于接头的每一侧上,其中,第三变换器部分(306)没有角度偏移地连接到第一变换器部分(106),并且第四变换器部分(308)没有角度偏移地连接到第二变换器部分(108),其中,第三、第四变换器部分(306、308)中的脊(402、404和406、408)之间的第二间隙h2小于第一、第二变换器部分(106、108)中的脊(202、204和206、208)之间的第一间隙h1。
2.如权利要求1所述的接头(100),其中,对于在从0°到60°的范围中的所述第一角度偏移(α),脊(202、204、206、208、402、404、406、408)位于变换器部分(106、108、306、308)的壁的中心。
3.如权利要求1所述的接头(100),其中,对于在从60°到90°的范围中的所述第一角度偏移(α),脊(202、204、206、208、402、404、406、408)在变换器部分(106、108、306、308)的壁的相反方向上移位。
4.如权利要求1所述的接头(100),其中,脊(202、204、206、208、402、404、406、408)置于变换器部分(106、108、306、308)的长壁上。
5.如权利要求1所述的接头(100),其中,所有变换器部分(106、108、306、308)的横截面具有相同的尺寸。
6.如权利要求1所述的接头(100),其中,第三、第四变换器部分(306、308)的横截面的尺寸小于第一、第二变换器部分(106、108)的横截面的相应尺寸。
7.如权利要求1所述的接头(100),其中,所述接头(100)的所有所述部分具有相同的对称轴,并且各接口按照以下方式经过适配以连接波导(102、104),所述以下方式为使得波导(102、104)具有与接头(100)的各部分相同的对称轴。
8.如权利要求1所述的接头(100),其中,脊(202、204、206、208、402、404、406、408)具有平顶。
9.如权利要求1所述的接头(100),其中,接头(100)进一步包括位于第一变换器部分和第一接口之间的第一波导扩展部分(502)以及位于第二变换器部分和第二接口之间的第二波导扩展部分。
10.如权利要求1所述的接头(100),其中,所述接头由一整块金属制成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101006 Termination date: 20190726 |